美國 CRANE X 下一代飛控試驗機，為美軍戰機鋪路30年

就在今年1月份 美國國防高級研究計劃局再次宣佈 將繼續與極光飛行科學公司簽署合同 共同開發實驗性無人機 也就是新型效應器 革命性飛機控制項 今天大兵就來詳細解釋一下該項目 看看他都應用了哪些技術 對未來軍用飛機領域又有什麼幫助 話不多說 我們直接進入正題 這次呢 極光公司簽署的是crain項目的第二 第三階段合同 旨在獎勵資助第二階段詳細的工程設計工作 是爲crain創建xplane候選者的全尺寸版本 該獎項呢 還包含在第三階段建造和試飛飛機的可執行選項 其實早在2020年6月19號 DARPA就與極光公司簽署了crain的研發合同 並啓動了x無人機的開發工作 該計劃意圖展示主動流量控制技術 在降低飛機生產成本 重量 提升性能和可靠性方面所具備的明顯優勢 按照crain項目的主管亞歷山大瓦蘭的說法 該項目通過改變設計方法 力求在x無人機控制性穩定性方面 融入a f c技術 同時最大程度的提高項目的開發成功率 與此同時 該項目主任弗萊西恩指出 由於近20年來 關於a f c的研究進展迅速 因此美軍希望可以通過crain將相關研究應用 在軍用飛機領域 他還表示 由於應用a f c的飛機非常節能 因爲相比較於持續採用發動機噴射推進 並用副翼和擾流板控制機身 crain在飛行期間只需要使用少量的動力驅動空氣噴嘴 就可以操控機體轉向 而且機身呢無需安裝各種擾流板 可以採用一體化設計 結構強度遠超傳統機體設計 雖然應用了a f c的飛機需要時刻計算機體與氣流之間的各種數據 但是通過超級計算機和先進芯片強大的計算能力 能輕易實現這種此前止於理論階段的機體操縱方式 那麼關於crain項目的進展 極光公司是怎樣規劃的 此前呢 極光完成了crain的第零和第一階段 在零階段呢 極光團隊開發出了將 a f c整合進飛機早期設計階段的技術和工作 並開發了兩個x無人機概念設計 而在第一階段 極光完成了索選x無人機的初步設計 並進行了風動測試 收集到的數據爲使用a f c作爲主要控制效應器 制定了飛行控制法則 提供了嚴格的基礎 在a f c子系統全部開發完成之後呢 極光便開始進行第二階段的研究 該階段呢 側重於無人機控制系統和飛行軟件的設計和開發 並在最後完成x無人機的製造 目前呢 極光已經開始對x無人機進行詳細的工程設計 一展將達到9 14米總重3 17噸 期間呢 x無人機將在機體安裝a f c噴嘴 能完全不依靠傳統的可動一面 由於應用了全新的飛行姿態控制概念 該無人機的飛控系統與傳統飛機完全不一樣 屬於一個全新的領域了 而在設計x無人機之前呢 極光曾探索了多種機體的設計 比如受v22魚鷹啓發的 輕轉旋翼類型 機翼內置生力風扇的垂直起降類型 就連波音的x48c混合翼無人機 也被考慮過 最終確定的設計方案外形更像是傳統飛機 不同的是 其機翼設計 是共面連接機翼 也就是將兩組機翼成人字形連接到中央機身 並與 尖端合併在一起 中間爲鏤空 按照現今的設計方案 x無人機在空中機動時 將使用安裝在機翼不同位置的afc噴嘴組 只不過還不清楚主發動機的安裝位置 以及所採用的主推進系統或某種輔助動力源 是否能夠產生afc噴嘴組 運行所需的高壓空氣 大病猜測 或許afc所需的高壓空氣 與飛機的主推進系統是相互獨立的 此外 值得注意的是x無人機配置了模塊化測試臺 擁有可更換的afc噴嘴和外側機翼 該設計不僅能測試afc噴嘴本身 還能測試不同的afc噴嘴 對不同樣式的外側機翼產生的作用 與此同時 在第二階段 極光已經對安裝了afc組件的x無人機比例模型 進行了極爲重要的風動測試 該模型一共配置了14個afc組件 期間收集了超過 8860個數據點 爲afc的空氣動力學數據庫奠定了基礎 到了queen項目的第三階段 極光將建造完整版本的無人機原型實驗機 如果最終結果顯示設計是可行的 那麼它將變成真正的試航飛機生產型號 並在極光位於弗吉尼亞州密西西比州的工廠建造 現在呢 該無人機正在用於相關的規模和飛行條件下的afc驗證和 和演示 包括高達0.7馬赫的飛行速度測試 預計將在2025年進行最終的飛行測試 不過呢 作爲queen項目的核心 afc技術到底是什麼呢 主動流控制一詞 原本是指流體動力學控制方法 但是在航空領域 根據queen項目的特性 afc技術特指按需要量的多少向外界層輸送能量 以維持恢復或提高飛行器的空氣動力學性能 現今afc被認爲能爲民用和軍用飛機開闢全新的結構設計 製造和材料應用空間 並被看作在航空領域極具潛力的一種機上碳減排技術 能夠成爲未來綠色航空的一個技術創新點 目前 關於afc的創新大多數集中在歐美國家 其中呢 美國主要側重於軍用航空領域 歐洲則是側重於民用飛機和發動機的創新應用 正如上述的克林項目主管瓦蘭所說 在元器件水平上 afc技術已經得到了充分應用 並且有可能實現向飛機整體技術的跨越 目前正逐漸延伸到飛機整體設計方面 其實 關於afc技術在軍民飛機和發動機領域的研發 近幾年呢 纔開始呈現出發熱的狀態 相關技術應用已在無人機 隱身戰機 民用飛機 發動機領域展開 未來將進一步擴展應用範圍 現今的主要研發發起或者推動機構有歐盟 美國DARPA 北約科學技術組織等等 至於企業呢 則是有洛馬 極光 喬治亞科技研究公司等等 未來隨着afc技術的發展 會對整個航空領域產生重要影響 在擺脫傳統的控制面本質上 進一步提升飛機的空氣動力學效應 藉此能提高飛行品質 特別是在高空高速狀態下 配備afc的飛機不再需要各種機械組件和執行器來轉動副翼和方向舵等設備 大幅降低了飛機的體積和重量 此外呢 由於配置了afc系統的飛機更輕 更精簡的機體設計 能擁有更強的機動性 對無人駕駛類飛機的提升最爲明顯 並且呢 較少的機械運動部件意味着更少的可損壞部件 進而提高了飛機的安全性和可靠性 這也將降低後勤維護和零部件物流的需求 更容易修復飛機的損傷 不僅如此 afc技術在隱形飛機領域也極爲重要 此前 由於隱形飛機的設計要注重隱身性能 飛機表面不能有任何突起或間隙 以此最大幅度降低戰機的雷達橫截面 但是傳統的控制面不能總是與飛機外部整體形狀齊平 現今依然是一個無法解決的難題 未來afc有望解決這一困擾 並優化隱身設計的雷達波規避性能 再加上其他更現今的技術 例如 動態扭曲機翼結構以提升飛行控制能力 也能有助於未來隱形飛機的設計 或許美國第六代隱形戰機的核心就是afc技術 對此 早在2020年11月11號 北約科學技術組織曾發佈了一份名爲用於飛行器操縱的創新控制效應器的報告 內容顯示將afc 應用於隱身戰機配置的可行性 探索了許多主動流控制技術 並對兩種飛機配置進行了集成和性能 評估 報告認爲未來研發投資的重點領域將包括afc的可靠性可維護性 以及技術集成和製造成熟度達到五級或者更高 在此同時 報告還建議進行進一步評估 探索將afc應用於起飛着陸和機動任務階段 並建立將afc集成到下一代無人機的空氣動力學設計中 評估系統對該飛機的影響的綜合框架 到了次年1月 有消息顯示歐盟捷徑天空計劃團隊 正加速推進基於機翼發動機的改進設計 afc項目 藉此進一步提升飛機的飛行性能 該團隊想要基於afc技術實現同能燃料條件下 將超寒倒比渦扇發動機效率提升10% 總結來說呢 從1903年萊特兄弟製造出首架飛機 到現今最強大的f35隱形戰機 人們一直是依靠可動翼面控制飛機 未來如果afc技術能順利發展的話 將顛覆近百年的飛機制造模式 好了 今天的視頻到這裏就結束了 如果視頻中有出錯的地方 歡迎大家在評論區內指出 喜歡的朋友請點贊關注 之後大兵會爲各位帶來更多更精彩的視頻 我們下期再見